第九章 预应力混凝土

混凝土结构（中册）复习(河南工业大学)第九章预应力混凝土构件一、概述：1、何为预应力混凝土？何为预应力混凝土构件？答：结构构件受外荷载作用前，预先对由外荷载产生的混凝土受拉区施加压力，由此产生的预压应力可以减小或抵消外荷载所引起的混凝土拉应力。

预应力混凝土构件：用人工方法预先使构件截面中产生预压应力的混凝土构件。

2、预应力混凝土构件可以延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，高强度钢筋和高强度混凝土的应用，可取的节约钢筋、减轻构件自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。

3、那些结构物宜优先采用预应力混凝土？答：下列结构物宜优先采用预应力混凝土：（1）要求裂缝控制等级较高的结构；（2）大跨度或受力很大、承受动荷载的构件；（3）对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。

4、与钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件有何优缺点？答：与钢筋混凝土构件相比：优点：预应力构件可以采用高强混凝土和高强钢筋，强度高，刚度大，截面尺寸相对小自重轻，易于做建造大跨度和承受重型荷载的构件；预应力混凝土构件是在构件承载前，对混凝土受拉区施加预应力，提高构件的抗裂性能和刚度，扩大了钢筋混凝土构件的适用范围；缺点：如施工工序多，工艺和构造较复杂，要求高，需要张拉设备和场地，设计和计算也比普通钢筋混凝土复杂，此外预应力混凝土构件开裂荷载与破坏荷载比较接近，其延性较差。

5、预应力混凝土构件分为哪几类？答：根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同，预应力混凝土构件分为全预应力和部分预应力两类。

全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件。

相当于裂缝控制等级为一级。

部分预应力混凝土：在使用荷载作用下，允许出现裂纹，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，大致相当于裂缝控制等级为三级。

6、张拉预应力钢筋的方法有哪些？各有何特点？答：有先张法和后张法。

（1）先张法：在浇灌混凝土前张拉钢筋的方法。

特点：生产工艺比较简单，质量较易保证，不需要永久性锚具；需要台座，第一次投资费用较大；适合工厂化成批生产中、小型预应力构件。

[例9-1] 24m屋架预应力混凝土下弦拉杆，截面构造如图9-1。

采用后张法一端施加预应力。

孔道直径50mm，预埋波纹管成孔。

每个孔道配置3根普通松弛钢绞线（A p=839.88，f ptk=1570），非预应力钢筋采用HRB335级钢筋412（A s=452）。

采用XM型锚具，张拉控制应力采用σcon=0.65f ptk，混凝土为C40级，施加预应力时f cu'=40。

要求计算预应力损失。

图9-1[解]（1）截面几何特征预应力钢绞线E p=1.95×105，非预应力钢筋E s=2.0×105，C40级混凝土E c=3.25×104，扣除孔道的净换算截面面积A n（2）预应力损失计算张拉控制应力σcon=0.65f ptk=0.65×1570=1020.5①锚具变形及钢筋内缩损失σ11：XM型锚具采用钢绞线内缩值a =5mm，构件长l=24m②孔道摩擦损失σ12：预埋波纹管成孔，κ=0.0015，直线配筋μθ=0第一批损失σ1Ⅰ= σ11+ σ12 = 77.34N/mm2③预应力筋应力松弛损失σ14：非超张拉ψ = 1.0，按(9-20)式，④混凝土收缩徐变损失σ15：张拉中止后混凝土的预压应力σpc第二批损失σ1II= σ14+ σ15 = 172.6全部预应力损失为σ1= σ1I I+ σ1II = 249.9。

[本例题完][例9-2] 3.6m先张预应力混凝土圆孔板截面如图9-2。

预应力筋采用8φ 5的1570级低松弛螺旋肋钢丝（A p=157），在4m长的钢模上张拉。

混凝土为C40级，达到75％强度时放张，张拉控制应力σcon=0.75f ptk。

要求计算预应力损失。

图9-2[解]（1）截面几何特征将圆孔板截面按截面面积、形心位置和惯性矩相等的条件换算为工形截面。

即将圆孔换算成b k×h k的矩形孔。

,解得b k=526.9mm，h k=72mm，故换算的工形截面b f'=860mm，h f'=（24+83/2）-72/2=29.5mm，b f=890mm，hf'=（18+83/2）-72/2=23.5mm，mm。

第一讲预应力定义：预应力混凝土是根据需要人为引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。

狭义定义:在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力,就成为预应力混凝土结构广义定义:预应力混凝土是其中已建立有内应力的混凝土，内应力的大小和分布能够抵消给定的外加荷载所引起的应力至预期的程度。

基本概念：应力概念（预计开裂程度）：预应力混凝土是由于预加应力而使混凝土从一种脆性材料转变成为一种弹性材料。

这种概念：“以无拉应力设计准则”为基础的。

特点：1主要设计阶段为正常使用极限状态；2计算方法采用材料力学方法，符合胡克定律和叠加原理。

强度概念（抵抗破坏安全性）：预加应力是为了使高强钢筋能够和混凝土结合，它是钢筋混凝土的扩大和改进。

特点：主要表现在提高了构件的抗裂和刚度性能，同时也提高了承载力，充分发挥了张拉对承载力的贡献。

荷载平衡概念（计算挠度）：预加应力是为了实现预期的荷载平衡。

特点：使得预应力概念更深入了，给设计计算带来了大大的简化。

早期预应力实践存在的问题：使用的混凝土和钢筋材料的强度较低，对预应力损失的认识不够。

钢筋混凝土与预应力混凝土之间的主要区别钢筋混凝土是将钢筋和混凝土简单地结合在一起，并且任由它们自行地共同工作，而预应力混凝土则不然，它是将高强混凝土和高强钢材“能动”地结合在一起，这种结合是靠张紧钢材并将其锚固于混凝土，从而使混凝土受压来实现。

钢材是延性材料，现在用预加应力的办法使其能在高拉力下工作，混凝土在抗拉能力上是脆性材料，现在由于受到预压而有所改善，同时抗压能力并未真正受到损害。

因此预应力混凝土仍是两种现代高强度材料的一种理想结合。

为什么预应力混凝土能发挥高强钢筋的作用呢？原因在于钢材的弹性模量一般相差不大，而在正常使用状态时，普通钢筋混凝土拉应变不大，因此不能使用高强钢筋，即受到限制。

预应力混凝土是先将钢筋张拉一段应变，即先增加了应力，然后在外加荷载下还能增加一段应变，这样高强钢筋就能使用了。

预应力混凝土原理预应力混凝土是一种应力控制的结构材料，在建筑和基础工程领域得到广泛应用。

它利用钢筋或钢束施加预先计算好的预应力，使混凝土结构能够承受更大的荷载和变形。

本文将详细介绍预应力混凝土的原理以及其在工程中的应用。

一、预应力混凝土的原理预应力混凝土的原理基于荷载的响应和应力的分配。

通过施加预应力，使得混凝土在自身重量以及外界荷载作用下产生的应力与预应力的应力达到平衡。

这样，在荷载作用下，混凝土结构将会以一种有利的方式进行工作。

1.1 预应力混凝土的受力特点预应力混凝土的受力特点与普通混凝土有所不同。

在传统的钢筋混凝土结构中，钢筋主要用于承受拉力，混凝土主要用于承受压力。

而在预应力混凝土中，预应力钢筋或钢束通过预应力作用，使得混凝土不仅可以承受压力，还能够部分或全部承受拉力。

这种受力机制使得预应力混凝土具有更好的抗弯和抗剪能力。

1.2 预应力的施加方式预应力可以通过两种主要方式施加到混凝土中：预应力张拉和预应力压缩。

预应力张拉是将钢束或钢筋置于预应力孔道中，在混凝土浇筑固化后，通过张拉钢束或钢筋，施加预先设定的预应力大小。

张拉过程中，钢束或钢筋会拉伸混凝土，使其产生拉应力，以抵消混凝土在使用荷载下产生的压应力。

预应力压缩是直接施加预应力到混凝土中，使用压应力抵消混凝土在使用荷载下产生的拉应力。

这种方式适用于柱子和支座等构件。

二、预应力混凝土的应用预应力混凝土广泛应用于各种工程中，包括桥梁、楼房、水坝、核电站等。

其应用主要体现在以下几个方面：2.1 提高结构的承载力和刚度通过施加预应力，混凝土结构可以提高承载能力和刚度。

在横跨宽度较大的河流或山谷的桥梁中，预应力混凝土可以用于支撑梁的跨度。

这样，不仅可以更好地承受荷载，还可以减少桥墩的数量，减少对河流或山谷的干扰。

2.2 控制徐变和收缩变形混凝土材料存在徐变和收缩的特性，而预应力混凝土能够通过施加相应的预应力来控制这些变形。

例如，在核电站的反应堆容器中，预应力混凝土可以有效地控制徐变和收缩变形，确保结构的稳定性和安全性。

预应力混凝土预应力混凝土是一种具有高强度和良好耐久性的建筑材料，其应用广泛于桥梁、建筑、水利工程等领域。

预应力混凝土通过在混凝土结构中引入预应力钢束，能够有效地抵抗结构承载荷载时的变形和应力，提高结构的整体性能和承载能力。

本文将重点介绍预应力混凝土的特点、施工工艺以及应用范围。

一、特点1. 高强度：预应力混凝土具有较高的抗压、抗弯和抗剪强度，能够满足大跨度结构和超高层建筑的承载需求。

2. 良好的耐久性：预应力混凝土采用高强度混凝土和防腐预应力钢材，能够在恶劣环境下长期使用而不受破坏。

3. 优秀的变形控制能力：通过引入预应力力学原理，预应力混凝土能够有效减小结构的变形，提高结构的刚度和稳定性。

4. 施工灵活性：预应力混凝土采用预制构件工艺，可以根据具体需求进行模块化生产，减少现场施工时间和人力成本。

二、施工工艺1. 钢束张拉：首先，在混凝土结构中设置预应力钢束，通常为高强度钢丝或钢束。

然后，通过张拉设备对钢束进行张拉，使其施加预应力力。

2. 预应力锚固：在钢束张拉完成后，将其锚固在混凝土构件的两端，使钢束施加的预应力力得到长久保持。

3. 灌注混凝土：在钢束张拉和锚固完成后，将混凝土灌注至结构中，覆盖钢束及其锚固部位。

在混凝土凝固硬化后，形成预应力混凝土构件。

4. 后张拉：对于一些需要较高预应力的结构，可以在混凝土凝固后进行后张拉操作，进一步增加结构的承载能力。

三、应用范围1. 桥梁：预应力混凝土被广泛用于大跨度桥梁的建设，如悬索桥、斜拉桥和梁式桥等。

其高强度和良好的变形控制能力使得这些桥梁能够承受车辆和行人流量的巨大冲击力。

2. 建筑：预应力混凝土在建筑领域中也有重要应用，用于超高层建筑、大型厂房及核心筒等结构的施工。

其高强度和优秀的变形控制能力确保了结构的稳定性和安全性。

3. 水利工程：预应力混凝土被广泛用于水坝和水闸等水利工程的建设。

其耐久性和抗水压能力使得这些结构能够长期有效地控制水流和蓄水。